Kmitočtová analýza (AC Analysis) = analýza kmitočtových závislostí obvodových veličin v harmonickém ustáleném stavu (HUS) - napodobování činnosti inteligentního obvodového analyzátoru. Další příbuzné analýzy: - šumová analýza (.NOISE), - analýza nelineárního zkreslení (.DISTO, ne v PSpice) - analýza nulových bodů a pólů (.PZ, jen SPICE 3), - různé způsoby dalšího zpracování analyzovaných signálů(zejména IFFT). Jak postupuje simulátor při kmitočtové analýze: příp. modifikace (IC,.IC) PP příp. modifikace (.NODESET) při první iteraci ano prac. bod ne atributy "DC" solver DC budicí signál s(t) zdroje nelineární obvod PP atributy "AC" náhradní zdroj harm. signálu 3 linearizovaný obvod 3 solver komplexních lineárních rovnic SPICE nemá možnost zakázat výpočet pracovního bodu. Tento se tedy počítá vždy před linearizací obvodu. Možnost zákazu má např. MicroCap. AC analýza = opakovaná analýza linearizovaného obvodu v HUS pomocí fázorů pro řadu kmitočtů ze specifikovaného pásma. Syntaxe analýzy AC:.AC <typ rozmítání> <počet bodů> <Fmin> <Fmax> konečná frekvence počáteční frekvence celkový (LIN), na dekádu (DEC), na oktávu (OCT) lineární (LIN) nebo logaritmické (DEC, OCT) rozmítání
Jaké jsou zdroje střídavého signálu v obvodu: Nezávislé zdroje typu V a I s atributy AC, např.: Vin AC 0mV 90 ;harmonický signál o amplitudě 0mV a počáteční fázi 90 stupňů IAC 3 5 DC 0mA AC 5mA 0 ;harmonický signál o amplitudě 5mA a nulové počáteční fázi; atribut DC se uplatní při výpočtu stejnosměrného pracovního bodu. IAC 3 5 DC 0mA AC 5mA 0 ;stejné jako u předchozího příkladu Vbat 5V Vsinus x y AC 0 SIN 0 5k ;harmonický signál o nulové amplitudě; DC atribut 5V se uplatní při výpočtu stejnosměrného pracovního bodu ;harmonický signál o amplitudě 0V a poč. fázi 0; nulová stejnosměrná složka vstupuje do výpočtu pracovního bodu; časový průběh (sinusový o amplitudě V a kmitočtu 5kHz) se uplatní jen při analýze Transient a nemá s analýzou AC nic společného Kmitočet signálů z těchto zdrojů je stanoven centrálně příkazem.ac. V paměti je každý signál obvodu při analýze.ac reprezentován jako komplexní číslo. Jeho modul znamená amplitudu signálu a jeho argument počáteční fázi ve stupních. SPICE konvence reprezentace proměnných při analýze AC: V nebo VM nebo I nebo IM VP nebo IP VR nebo IR VI nebo II VDB nebo IDB modul napětí V, resp. proudu I počáteční fáze napětí V, resp. proudu I reálná část napětí V, resp. proudu I imaginární část napětí V, resp. proudu I modul napětí, resp. proudu v decibelech Příklady: V() VM(x,z) VI(R) VDB(D) modul napětí mezi uzlem a referenčním uzlem modul napětí mezi uzly x a z imaginární část napětí na rezistoru R modul napětí mezi anodou a katodou diody D v decibelech Funkce SPICE a PROBE, aplikovatelné ve vzorcích na proměnné V a I při analýze AC: M( ) modul P( ) argument (počáteční faze) R( ) reálná část IMG( ) imaginární část DB( ) decibely Jestliže je v obvodu jediný zdroj signálu s nenulovým atributem AC, připojený například mezi uzel a uzel referenční, pak zápisu V() přísluší napětí, které se objeví mezi uzlem č. a zemí, vyvolané působením zdroje signálu. Zápisem V()/V() definujeme přenos napětí z uzlu do uzlu. Pokud je amplituda signálového zdroje jednotková a počáteční fáze 0, pak zápis V() je ekvivalentní zápisu V()/V(). Toho se často využívá: jestliže obvod budíme jediným střídavým zdrojem, pak k zadání požadavku na analýzu kmitočtové charakteristiky stačí zapsat V(Y), kde Y je jméno výstupního uzlu.
in out out K K V V (in) AC= V V (out) V (out) V ( out) = K V ( out) = K. K V ( out) / V ( out) = K Jestliže ovšem v obvodu působí více signálových zdrojů, pak simulátor počítá napětí a další obvodové veličiny pomocí principu superpozice jako součet příspěvků jednotlivých zdrojů. V tomto případě tedy nelze analyzovat kmitočtové charakteristiky přenosů z jednoho uzlu do druhého. Závislé (řízené) zdroje pro transformaci signálů v analýze AC (vysvětleno na typu E): Bloky s kmitočtově závislými vlastnostmi, modelovanými vzorci: Příklad: E<název> <výstup+> <výstup-> LAPLACE {<výraz>}[=] {<výraz_s>} musí obsahovat napětí nebo proud v obvodu představuje vzorec obvodové funkce, obsahující Laplaceův operátor s výstupní napětí= {<výraz>}*{<výraz_s>} Vin 0 AC.param f0 k pi 3.459 Elap 0 LAPLACE {V()} {*pi*f0/(s+*pi*f0)} ;modelování filtru. řádu typu DP, vstup -0, výstup -0 Bloky s kmitočtově závislými vlastnostmi, modelovanými tabulkami kmitočtových závislostí: E<název> <výstup+> <výstup-> + FREQ {<výraz>}[=] [KEYWORD] <<f>,<m>, <p>>* [DELAY=<zpoždění>] trojice čísel, jejichž význam je dán klíčovým slovem KEYWORD zpoždění bloku, které ovlivní výslednou fázovou kmitočtovou charakteristiku výstupní napětí= {<výraz>}*{modelovaná kmitočtová závislost} KEYWORD f m p není uvedeno kmitočet modul v db fáze ve stupních DB kmitočet modul v db fáze ve stupních MAG kmitočet modul fáze ve stupních DEG kmitočet modul v db fáze ve stupních RAD kmitočet modul v db fáze v radiánech R_I kmitočet reálná část imaginární část
Příklad: 0 Vin 0 AC Elap 0 FREQ {V()}= (0,0,0) +(00,0,0) (k,-,-5) (k,-30,-33) +(0k,-50,-45) (00k,-70,-88) -40.AC DEC 0 0 00k.probe SEL>> -80 0d DB(V()) Použití příkazu.print v analýze AC.AC..PRINT AC <veličina,veličina..> -50d Příklad: Vac 0Vdc R k L 3mH R k Vin C 53nF C 53nF -00d 0Hz -0 00Hz P(V()) Frequency 0KHz 00KHz 0 * Vin 0 AC R k C 0 53n L 3 3m C 3 0 53n R 3 0 k.ac LIN k k.print AC V(3) VP(3).print AC VR(3) VI(3) FREQ V(3) VP(3).000E+03 3.573E-0.689E+0 FREQ VR(3) VI(3).000E+03-3.506E-0 6.865E-0-50 -00-50 -0d -00d DB(V(3))...AC DEC 00 0 00k.probe -00d SEL>> -300d 0Hz 00Hz P(V(3)) Frequency 0KHz 00KHz
Literatura [] BIOLEK,Z. Úvod do SPICE pomocí programu MicroCap. Učební texty SPŠE v Rožnově p.r. SENSIT HOLDING s.r.o., 004, 34 s. [] BIOLEK, D. Řešíme elektronické obvody aneb kniha o jejich analýze. BEN technická literatura, 004, 50 s. [3] LÁNÍČEK, R. Simulační programy pro elektroniku. BEN technická literatura, 000, 3 s.